唐萬壽

（甘肅電投炳靈水電開發(fā)有限責(zé)任公司，甘肅臨夏 731600）

南灣水庫水電站增效擴(kuò)容改造電氣設(shè)計(jì)

唐萬壽

（甘肅電投炳靈水電開發(fā)有限責(zé)任公司，甘肅臨夏 731600）

針對(duì)農(nóng)村小水電中電氣改造的關(guān)鍵技術(shù)問題，以河南省南灣水庫水電站增效擴(kuò)容改造設(shè)計(jì)為例，闡述電站機(jī)電設(shè)備的現(xiàn)狀及存在問題，探討電站電氣設(shè)備改造的內(nèi)容及滿足的技術(shù)要求，為該類工程提供一種新的設(shè)計(jì)思路。

增效擴(kuò)容改造；變壓器；高壓開關(guān)設(shè)備；綜合自動(dòng)化系統(tǒng)；南灣水庫電站

1 工程概況

南灣水庫水電站位于淮河支流浉河上游，在河南省信陽市西南8.5km處，是以防洪為主，兼顧灌溉、發(fā)電、水產(chǎn)養(yǎng)殖、城市工業(yè)與生活供水及旅游等綜合利用的大型水利工程。水庫電站樞紐主要包括引水發(fā)電支洞、調(diào)壓塔、壓力管道、泄水洞、發(fā)電廠房、尾水渠和變電站等部分組成。1955年11月，水庫工程建成并投入使用。電站現(xiàn)有裝機(jī)容量為4×1 600kW，此次增效擴(kuò)容改造將通過更換水輪發(fā)電機(jī)組適當(dāng)增加機(jī)組容量至4×1 700kW，以提高機(jī)組的發(fā)電效率和電站水能資源利用率。

2 電站機(jī)電設(shè)備現(xiàn)狀

南灣水庫電站由于投入運(yùn)行年代已久，一些設(shè)備已經(jīng)陳舊老化，甚至處于帶病狀態(tài)，變壓器為高耗能變壓器（SJ型），屬電力部門城（農(nóng)）網(wǎng)改造淘汰產(chǎn)品，既有高壓斷路器含油型斷路器，高壓開關(guān)柜不滿足“五防”要求，低壓開關(guān)柜不具備3C認(rèn)證；控制保護(hù)系統(tǒng)為電磁式，自動(dòng)化程度低，發(fā)電效率低，保護(hù)經(jīng)常誤動(dòng)作，設(shè)備運(yùn)營(yíng)、維護(hù)、管理成本高等。

3 水電站增效擴(kuò)容機(jī)電設(shè)備改造方案

3.1 機(jī)電設(shè)備改造原則

根據(jù)國(guó)家指定的《農(nóng)村水電增效擴(kuò)容項(xiàng)目機(jī)電設(shè)備選用指導(dǎo)意見》相關(guān)規(guī)范規(guī)定，按照“節(jié)能、環(huán)保的設(shè)計(jì)理念，少人值守的目標(biāo)”，對(duì)南灣水庫水電站的電氣設(shè)備進(jìn)行改造。改造不改變既有主接線運(yùn)營(yíng)方式及接入電力系統(tǒng)方式，不改變既有主副廠房電氣設(shè)備布置方式，改造內(nèi)容以采用新技術(shù)、高效節(jié)能設(shè)備對(duì)既有落后、高耗能設(shè)備更新為重點(diǎn)，對(duì)變電設(shè)備、高低壓開關(guān)設(shè)備、交直流系統(tǒng)、電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)及配套電纜等進(jìn)行更新，以達(dá)到提高綜合能效，促進(jìn)安全運(yùn)行，淘汰落后技術(shù)和設(shè)備的目的。

表1 35kV變壓器主要參數(shù)表

表2 廠用變壓器主要參數(shù)表

3.2 改造主要電氣設(shè)備

3.2.1 變壓器。電站原設(shè)置主變壓器2臺(tái)，型號(hào)為SJ-3200/38.5±5%，為滿足節(jié)能環(huán)保要求，主變壓器采用能耗小的銅芯節(jié)能型變壓器。本次主變壓器設(shè)計(jì)推薦采用S11節(jié)能型變壓器，額定容量由3 200kVA增容至5 000kVA；更換2臺(tái)廠用變壓器，廠用變壓器采用能耗小的SC9型號(hào)全銅干式變壓器。主變壓器及廠用變壓器主要參數(shù)表分別如表1、2所示［1］。

3.2.2 高壓開關(guān)設(shè)備。更換既有含油型及不滿足“五防”要求的高壓開關(guān)柜，采用無油型的真空及六氟化硫型高壓斷路器且滿足“五防”要求的高壓封閉式高壓開關(guān)柜，具體內(nèi)容為：12面高壓開關(guān)柜設(shè)備，即發(fā)電機(jī)出線及PT柜4臺(tái)，6.3kV母聯(lián)柜1臺(tái)，6.3kV廠用變柜2臺(tái)，主變低側(cè)（6kV）柜2臺(tái)，近區(qū)配電柜3面。

3.2.3 綜合自動(dòng)化系統(tǒng)升級(jí)改造。綜合自動(dòng)化系統(tǒng)升級(jí)改造的內(nèi)容包括集控中心1套、微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)1套、微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)1套、直流系統(tǒng)1套。

3.2.3.1 集控中心。集控中心所供系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及設(shè)備制造、安裝、調(diào)試、驗(yàn)收必須遵循且不能低于有關(guān)國(guó)家和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范。集中調(diào)度控制系統(tǒng)由設(shè)在集控中心內(nèi)的控制站和設(shè)在各個(gè)電站的被控站、遠(yuǎn)動(dòng)通道構(gòu)成。系統(tǒng)具有對(duì)被控電站設(shè)施的遙控、遙測(cè)、遙信、現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行環(huán)境安全監(jiān)視及模擬培訓(xùn)等功能，具備實(shí)時(shí)打印操作記錄、故障信息、統(tǒng)計(jì)報(bào)表的功能。

在系統(tǒng)硬件總體結(jié)構(gòu)方面，系統(tǒng)采用全開放分層分布系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，在系統(tǒng)中功能分層，現(xiàn)地單元層基本功能可獨(dú)立，縮小系統(tǒng)中設(shè)備故障的影響范圍，也有利于減輕各設(shè)備負(fù)擔(dān)，使系統(tǒng)有良好的可用性及可靠性，并方便維護(hù)檢修及設(shè)備更換。采用冗余系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，以保證系統(tǒng)的可靠性、可用性及可維護(hù)性。采用高可靠的通訊設(shè)備和高速通訊網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)采用總線式通訊結(jié)構(gòu)，總線各節(jié)點(diǎn)均能直接上網(wǎng)，使系統(tǒng)信息交換有很高的實(shí)時(shí)性和可靠性。

3.2.3.2 微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。控制功能，對(duì)視頻圖像能實(shí)時(shí)監(jiān)控、報(bào)警、回放、剪切和存儲(chǔ)；能對(duì)任意單幅、4幅、5幅、16幅視頻畫面進(jìn)行切換；能夠?qū)θ我庖粋€(gè)被控站進(jìn)行召喚顯示；能夠?qū)崿F(xiàn)視頻圖像的時(shí)序切換、分組切換、關(guān)聯(lián)切換、報(bào)警自動(dòng)切換及鎖定，并隨遙控命令進(jìn)行隨動(dòng)切換；對(duì)所顯示的圖像進(jìn)行縮小及放大操作，同時(shí)完成對(duì)其焦距的調(diào)整；視頻實(shí)時(shí)顯示及處理功能；系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫及歷史數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，用于對(duì)在線運(yùn)行數(shù)據(jù)及歷史數(shù)據(jù)的管理；系統(tǒng)具有在線對(duì)應(yīng)用軟件維護(hù)修改功能。對(duì)各種用戶畫面和數(shù)據(jù)庫進(jìn)行在線修改、編輯和定義等功能［2］。

3.2.3.3 直流系統(tǒng)。直流電源盤采用全自動(dòng)全密封免維護(hù)鉛酸蓄電池成套裝置，盤由微機(jī)監(jiān)控高頻開關(guān)整流裝置、負(fù)荷電壓補(bǔ)償裝置、自動(dòng)化蓄電池充電及浮充電、均衡充電回路、電壓監(jiān)視裝置、絕緣監(jiān)察裝置、控制、保護(hù)、測(cè)量回路和受電饋電回路等組成。裝置采用微機(jī)智能化管理，變流模塊化，并提供適當(dāng)?shù)膫溆媚K。直流盤充電模塊采用N+1備用方式，工作狀態(tài)檢測(cè)、故障模塊的退出等均自動(dòng)進(jìn)行，應(yīng)具有自動(dòng)完成對(duì)蓄電池充電全過程的功能，長(zhǎng)期工作的自動(dòng)穩(wěn)壓功能，可靠的短路保護(hù)功能，自動(dòng)調(diào)壓功能，以及當(dāng)交流失電再恢復(fù)供電時(shí)，具有自動(dòng)軟啟動(dòng)運(yùn)行的功能，并能自動(dòng)完成對(duì)電池組的補(bǔ)充充電。

直流輸出電壓技術(shù)要求為控制母線電壓為220V± 3%，合閘母線電壓為220V±3%。具有穩(wěn)壓穩(wěn)流功能的高頻開關(guān)整流裝置要求為：①在滿足對(duì)正常直流負(fù)荷要求的同時(shí)，能自動(dòng)切換對(duì)蓄電池組進(jìn)行浮充、均衡充電；②在交流三相電壓380V+20%、-25%，單相電壓220V+10%、-25%輸入條件下，應(yīng)保證輸入輸出的直流穩(wěn)壓精度及波紋系數(shù)，滿足用電裝置要求；③在蓄電池組不投入運(yùn)行，穩(wěn)壓變流裝置單獨(dú)承擔(dān)直流負(fù)荷電源時(shí)，其直流輸出電壓的紋波系數(shù)應(yīng)不大于0.1%。

直流負(fù)荷電壓自動(dòng)補(bǔ)償裝置要求為：①應(yīng)保證直流母線電壓不隨負(fù)荷電流大小變化以及在均衡充電時(shí)的電壓變化而變化；②電壓補(bǔ)償級(jí)數(shù)的確定應(yīng)滿足用電裝置的允許工作電壓，以及根據(jù)蓄電池組在浮充電、均衡充電及交流失壓后，蓄電池組單獨(dú)工作時(shí)的直流負(fù)荷所需電壓；③每級(jí)補(bǔ)償電壓精度應(yīng)小于220V的10%；④控制母線降壓采用斬波穩(wěn)壓器和直流負(fù)荷電壓自動(dòng)補(bǔ)償裝置并聯(lián)方式運(yùn)行，任一故障不影響控制母線的無谷點(diǎn)供電，直流斬波穩(wěn)壓器采用單管IGBT高頻斬波方式，防止DC/DC運(yùn)行開路?？刂颇妇€輸出直流額定電壓220V時(shí)穩(wěn)壓精度≤±0.2%。

4 結(jié)論

通過對(duì)河南省南灣水庫水電站增效擴(kuò)容電氣設(shè)備進(jìn)行改造分析，水電站在采用新型變壓器后損耗低、經(jīng)濟(jì)節(jié)能；更換了高壓開關(guān)設(shè)備，消除了安全隱患，可靠性更高；通過對(duì)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)升級(jí)改造，有效提高了小水電運(yùn)行的綜合效率，促進(jìn)了小水電“無人或少人值班”的信息化運(yùn)行管理系統(tǒng)的建設(shè)，從而為農(nóng)村小水電增效擴(kuò)容改造工程電氣設(shè)備設(shè)計(jì)提供參考性意見［3］。

［1］袁秀.柳溝一級(jí)水電站增效擴(kuò)容電氣改造方案［J］.電氣技術(shù)，2014（4）：107-109.

［2］蔡青長(zhǎng).監(jiān)控系統(tǒng)在水電站增效擴(kuò)容改造中的應(yīng)用［J］.河南水利與南水北調(diào)，2016（8）：38-39.

［3］譚劍波，馮家濤，甘雪峰.馮家山一級(jí)水電站增效擴(kuò)容改造電氣設(shè)計(jì)［J］.企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2015（21）：5-6.

Electrical Design of Nanwan Reservoir Hydropower Station Expansion Efficiency

Tang Wanshou
（Gansu Power Investment Bingling Hydropower Development Limited Liability Company，Linxia Gansu 731600）

Aiming at the key technical problems of electrical transformation of rural small hydropower,the Nanwan Reservoir hydropower station of Henan province efficiency revamping design as an example,this paper expounded the present situation of mechanical and electrical equipment of power stations and the existing problems,discussed the content and technical requirements of the electric equipment reformation of power station,to provide a new de?sign idea for this kind of project.

efficiency revamping；transformer；high voltage switchgear；integrated automation system；Nanwan Reser?voir power station

TV742

：A

：1003-5168（2017）01-0141-03

2016-12-11

唐萬壽（1986-），男，本科，助理工程師，研究方向：水電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。